가공에서의 지속가능성: 툴 홀딩이 어떤 역할을 하는가요?

생산 과정 전체를 살펴야합니다.

지속 가능성을 고려하는 것이 중요한 시대가 되었습니다. 가공 및 가공에 사용되는 장비들도 예외가 아닙니다. 툴홀딩 같은 세부 요소들 또한 고려대상이 되곤 합니다. 그러나 진정한 지속 가능성을 실현하려면 이러한 세부 공정에 너무 초점을 맞추면 안됩니다. 왜냐하면 전체 생산 과정을 살폈을 때에만 알 수 있는 장점을 놓칠 수도 있기 때문입니다.

지속 가능성은 당연히 우리에게 점점 더 중요해지고 있는 주제입니다. 자원은 제한되어 있고 에너지 비용은 점점 더 높아지고 있습니다. 지속 가능성을 평가할 때는 제품에만 지나치게 초점을 맞추는 것이 아니라 환경, 즉 제품의 수명주기와 생산 및 소비되는 전체 프로세스를 고려하는 것이 중요합니다.

금속 가공은 많은 측면을 가지고 있습니다. 재료, 구성 요소, 형상 및 수량에 따라 다양한 기계, 도구 및 장치를 사용합니다. 생산 위치, 직원의 자격 및 가능한 자동화와 같은 외부 환경도 고려해야 합니다. 개별적인 경우에 따라 최상의, 가장 경제적이고 가장 지속 가능한 솔루션이 될 수 있는 다양한 제조 옵션이 있습니다.

지속 가능성은 어떻게 측정되나요? 사용된 재료 외에도 에너지 효율성이 아마도 지속 가능한 프로세스를 결정하는 주요 요소입니다. 따라서 가장 큰 에너지 소비원을 찾고 그것의 사용을 최적화하는 것이 바람직한 접근 방식입니다.

공작기계의 에너지 절감 가능성
가공시 공작기계 주축 및 추가축의 구동, 주변 장치 및 냉각, 윤활 또는 압축 공기 공급과 같은 보조 장치를 사용하여 에너지의 대부분을 소비하는 것은 바로 공작기계라는 것에는 의심할 여지가 없습니다.

새로운 장비를 구입할 때 사용자는 에너지 절약형 구성 요소에 주의를 기울여 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 툴홀더의 선두주자인 HAIMER 그룹의 대표 안드레아스 하이머(Andreas Haimer)는 다음과 같이 설명합니다. "우리는 자체 생산 과정에서 동일한 가공 공정을 사용하는 오래된 머시닝 센터를 새로운 머시닝 센터로 교체하면서 약 30% 더 적은 에너지가 필요하다는 사실을 알게 되었습니다." 그는 또다른 근본적인 내용을 추가하였습니다. "가족 기업으로서 우리는 지속 가능성에 많은 관심을 기울입니다. 예를 들어, 우리는 공구용 강철소재를 독일에서만 현지 조달하고 수년 동안 재생 가능한 에너지원으로부터만 전기를 사용해 왔으며 태양 에너지 시스템과 친환경 인프라에 투자하고 있습니다. 지난 회계연도에 우리는 총 100만 유로 이상을 투자하고 연간 250톤 이상의 CO2를 절약했습니다."

모든 오래된 머시닝 센터를 새 것으로 교체하기 힘든 장비분야에 대해 다시 이야기를 이어가겠습니다. 예를 들어 다이나믹 밀링과 같은 캐드/캠에 최적화된 가공 전략을 사용하면 가공 공정에서도 비용을 절감할 수 있습니다. 안드레아스 하이머(Andreas Haimer)는 구체적인 예를 제시했습니다. "한 고객이 페이스밀 커터를 사용한 가공에 비해 HAIMER 파워 열박음 척과 하이머 밀 공구를 사용한 트로코이드 밀링을 통해 가공 시간을 부품당 71분에서 18분으로 75% 단축할 수 있었던 방법에 대한 데이터를 제공했습니다. 가공 전략의 변화는 전력 소비를 크게 줄여 에너지 절감 또한 실현하였습니다. 페이스 밀 커터를 사용한 기존 가공에서 스핀들 부하는 부품 10개에 대해 80-85%였으며 총 에너지 비용은 약 150유로였습니다. 그러나 스핀들 부하가 8-10%이고 기계 작동 시간이 크게 단축된 밀링 전략으로 에너지 비용이 부품 10개당 총 5유로로 크게 줄었습니다. 이는 결과적으로 생산된 부품당 에너지 소비가 적고 출력이 높아진다는 것을 의미합니다. 이것이 바로 지속 가능하고 효율적이라고 볼 수 있는 내용입니다."

툴 홀딩의 지속가능성: 포괄적인 접근
전체 프로세스 체인을 살펴보면 툴 홀더가 지속 가능성에 어떻게 기여할 수 있는지 생각해 보았습니까? 약 30 kW 정도의 평균적인 밀링 기계 소비를 고려할 때, 그리고 수작업 및 공압 장치, 자동화 장비 및 로봇의 전력을 더한다면, 툴 홀더는 비교적 중요하지 않습니다. 열박음척으로 클램핑하는 프로세스가 어느 정도의 에너지를 소비한다고 해도 그 양은 비교적 적은 양이기 때문입니다.

다른 클램핑 시스템을 비교해보면, 열박음척의 에너지 소비가 유압척이나 밀링척보다 높습니다. 그러나 툴 홀딩의 전체 수명 주기 그리고 생산, 유지 보수 및 페기를 포함해서 고려하면 완전히 다른 결과가 나타납니다.

유압척의 생산은 보다 복잡한 구조로 인해 훨씬 더 많은 노력과 에너지가 필요합니다. 개별적인 부품들의 고정밀 가공뿐만 아니라 팽창 소재의 납땜, 납땜 접합부의 파괴를 방지하기 위한 추가 열처리, 그리고 청소, 조립 및 오일 채움 과정이 필요합니다. "우리의 경험에 따르면, 그 생산에 필요한 에너지는 열박음척의 경우 보다 약 3배입니다,"라고 Andreas Haimer가 설명합니다. "열박음척 외에도 복잡한 생산 과정으로 인해 유압척의 가격은 열박음척보다 2배에서 3배 높습니다. 유압척은 특정 가공 분야에 적합한 올바른 해결책이기도 합니다. 그러나 더 나은 지속 가능성을 의미하지 않습니다. 우리의 분석 결과 유압척의 생산에는 열박음척보다 약 25 kW만큼의 에너지가 더 필요합니다. 그렇다면 제품의 수명 측면에서 열박음척이 그 차이 만큼의 에너지를 더 소비할 수 있고 가열 및 냉각 주기당0.026 kWh의 에너지가 소비 되기 때문에 약 1,000 회의 열박음 횟수가 가능하다는 의미입니다." 이는 더 복잡하며 그리고 그리스 및 윤활제를 더 많이 포함하는 밀링척에도 동일하게 적용됩니다.

제조 비용의 증가뿐만 아니라 유지 보수 측면에서도 차이가 있습니다. Haimer 열박음척은 열처리강의 특히 높은 품질 때문에 유지 보수가 필요 없으며, 특허받은 Haimer 코일과 열박음기계 기술이 결합되어 거의 무제한으로 열박음을 할 수 있습니다. 반면에 유압척과 밀링척은 클램핑력을 유지하기 위해 약 2-3년마다 제조업체로 돌려보내야 하며, 클램핑 스크류를 윤활하거나 시스템에 그리스 처리를 하고 척의 정기적인 유지 보수를 수행해야 합니다. 유압척이나 밀링척에 사용된 유체 또는 그리스는 추가 부품이 없는 열박음척과 다르게 친환경적인 처리를 더 어렵게 만듭니다. 수명 주기 외에도 프로세스 신뢰성 측면에서도 상당한 차이가 있습니다: 가공 프로세스 중 건식 가공 또는 절삭유가 불충분 할 경우, 유압척은 열 발생으로 인해 공구가 빠지거나 유압척의 용접 부위가 터질 위험이 있습니다. 이에 반하여 열박음척은 공구가 빠지는 위험을 완전히 제거하여 100% 안전성을 실현하는 Haimer Safe-Lock 시스템을 옵션으로 선택할 수 있기에 더욱 견고하고 내구성이 뛰어납니다.

에너지 소비에 대한 전망
그렇다면 열박음 공정 중 에너지 소비는 실제로 어떻게 계산됩니까? 현재 HAIMER 열박음 장비를 사용하면 열박음척를 가열하는 데 약 5초가 소요됩니다. 경험 많은 사용자들은 사용된 공구를 한번에 새로운 공구로 교체합니다. 따라서 툴홀더는 한 번에 가열되고 체결됩니다. 특허받은 NG 코일이 장착된 HAIMER 파워 클램프 열박음 기계의 최대 출력은 13 kW이지만 평균은 8 kW입니다. 따라서 한번의 열박음 과정은 약 0.011 kWh의 에너지를 소비합니다. 이에 더해 냉각은 약 0.015 kWh를 소비합니다. - Haimer 열박음 기계는 거의 동일한 에너지 소비로 최대 5 개의 홀더를 동시에 냉각할 수 있습니다. 최악의 경우를 생각하면, 전체 과정에 약 0.026 kWh가 소모됩니다. 1kWh가 20 센트라고 가정하면, 공구를 가열하고 냉각하는 비용은 약 0.5 센트가 듭니다.

모든 보조장치가 있는 밀링 기계의 전력 소비가 약 30 kW인 가공 과정을 고려할 때, 에너지 소비를 어떻게 분류해야 할까요? 공구가 대략 1 시간 동안 사용되고, 고정도와 강성 또는 다이나믹 밀링으로 인한 개선된 밀링 가공 전략 덕분에 심지어 1%의 가공 시간만 절약된다고 가정하면, 그것은 0.3 kWh의 에너지를 절약하는 것입니다. 이것은 열박음에 사용 된 에너지 양의 약 11 배에 해당합니다.

Andreas Haimer는 다음과 같이 강조합니다. "툴 클램핑 프로세스 당 에너지 소비는 수명 주기, 공정의 신뢰성 및 가공 전략의 문제와 비교할 때 무시할 만한 역할을 합니다. 최신의 CAD/CAM 최적화 밀링 가공 전략은 가공 시간의 75%를 절약할 수 있습니다. 기계를 사용하는 사람들이 이러한 개선된 프로세스에 집중해야만 지속 가능하고 생산적일 수 있습니다. 그리고 두 번째로, 이러한 전략에 가장 적합하고 프로세스 신뢰성이 높은 툴 홀더를 선택해야 합니다."



2023년 HAIMER는 녹색 인프라에 백만 유로 이상을 투자하였다. 무엇보다도 태양 에너지 시스템을 모든 건물까지 확장하고 LED 조명으로 전환하였다. 이를 통해 연간 250톤 이상의 CO2를 절약할 수 있다.




하이머 그룹의 사장인 안드레아스 하이머는 새로운 하이브리드척에 대해 이렇게 말합니다: "우리는 매우 광범위하고 다양한 종류의 툴 홀더를 보유하고 있습니다. 여기에는 여러 가지 열박음척뿐만 아니라 유압척도 포함됩니다. 우리는 EMO에서 하이머 하이브리드척을 세계 최초로 선보였습니다. 이 제품은 유압 척의 진동 저감 특성과 고정밀, 고성능 열박음척의 특성을 결합하여 가공 과정을 더욱 효율적이고 지속 가능하게 만드는 가능성을 열었습니다."

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